JPH03116828A - Heat treatment device for semiconductor wafer - Google Patents
Heat treatment device for semiconductor waferInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は拡散装置、気相薄膜形成装置(CVD装置)な
ど半導体ウェハの熱処理装置に係り、特にウェハを清浄
に均一に短時間熱処理するのに好適な装置構造に関する
。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a heat treatment apparatus for semiconductor wafers such as a diffusion apparatus and a vapor phase thin film forming apparatus (CVD apparatus), and particularly to a heat treatment apparatus for semiconductor wafers, such as a diffusion apparatus and a vapor phase thin film forming apparatus (CVD apparatus). The present invention relates to a device structure suitable for.
従来の装置は、特開昭59−36927号公報に記載の
ように、円筒形装置の天井部に同心円形状の加熱用ラン
プを配置し、水平に保持したウェハを装置の下方から挿
入し、各ランプの出力を調整しながら、ウェハを加熱し
ていた。As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-36927, in the conventional apparatus, concentric heating lamps are arranged on the ceiling of a cylindrical apparatus, and a wafer held horizontally is inserted from below into the apparatus, and each The wafer was heated while adjusting the lamp output.
また、特開昭58−194332号公報に記載のように
、ウェハの上下に加熱ランプを設け、さらにウェハ外周
部に補助加熱ランプを設けてウェハを加熱するようにな
っていた。Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 194332/1983, heating lamps were provided above and below the wafer, and auxiliary heating lamps were further provided around the wafer to heat the wafer.
また、特開昭63−232422号公報に記載のように
2円筒形の高温炉内壁の天井部および側面部に抵抗発熱
ヒータを設け、高温炉の下方からウェハを挿入して、ウ
ェハを加熱していた。In addition, as described in Japanese Patent Application Laid-open No. 63-232422, resistance heating heaters are provided on the ceiling and side surfaces of the inner wall of a two-cylindrical high-temperature furnace, and a wafer is inserted from below into the high-temperature furnace to heat the wafer. was.
また、特開昭60−131430号公報に記載のように
、ランプで加熱しているウェハの温度を赤外線センサで
測定し、ランプの発熱量を制御していた。Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 131430/1982, the temperature of a wafer being heated by a lamp was measured by an infrared sensor to control the amount of heat generated by the lamp.
上記従来のうち特開昭59−36927号公報に記載の
技術はウェハのみを高温とし、装置の内壁や処理ガスを
低温の状態にしておくため、ウェハ挿入時にウェハに伴
ってごみを含んだ外気を装置内部に持ち込んでしまうと
いう問題があった。さらにウェハのような平面を均一に
加熱する点に配慮がされていなかった。すなわち、フィ
ラメント1本ごとにガラス管で囲まれているため、ガラ
ス管の直径以下の距離にフィラメントを並べることがで
きず、発熱のないガラス管が不均一温度分布を発生する
原因となっていた。その結果、ウェハに熱応力欠陥を発
生し、熱処理にばらつきが生じるという問題があった。Among the above-mentioned conventional techniques, the technology described in Japanese Patent Application Laid-open No. 59-36927 heats only the wafer and keeps the inner walls of the device and the processing gas at a low temperature, so when the wafer is inserted, the outside air containing dust accompanies the wafer. There was a problem in that the materials were brought inside the device. Furthermore, no consideration was given to uniformly heating a flat surface such as a wafer. In other words, since each filament is surrounded by a glass tube, it is not possible to line up the filaments at a distance that is less than the diameter of the glass tube, which causes non-uniform temperature distribution in glass tubes that do not generate heat. . As a result, there is a problem in that thermal stress defects occur in the wafer and variations in heat treatment occur.
また特開昭58−194332号公報に記載の従来技術
はウェハの温度分布低減を目的としたものであるが、補
助加熱ランプの発熱量制御の最適条件を少しでも外れる
とウェハに不均一温度分布が生じ、ウェハ周縁部に熱応
力欠陥が発生するという問題があった。Furthermore, the conventional technology described in JP-A-58-194332 is aimed at reducing the temperature distribution of the wafer, but if the optimum conditions for controlling the amount of heat generated by the auxiliary heating lamp are even slightly deviated, the temperature distribution on the wafer may be uneven. There was a problem in that thermal stress defects were generated at the wafer periphery.
また特開昭63−232422号公報に記載の従来技術
は抵抗発熱ヒータのみで加熱しており、抵抗発熱ヒータ
は大気中に設けるため線径が比較的太いので熱容量が大
きく、抵抗発熱ヒータは発熱量の非常に短時間の高速制
御をすることができなかった。In addition, the conventional technology described in JP-A No. 63-232422 uses only a resistance heater to heat the heater, and since the resistance heater is installed in the atmosphere, the wire diameter is relatively thick, so the heat capacity is large; It was not possible to control the amount rapidly over a very short period of time.
仮に抵抗発熱ヒータのみを用い1秒オーダの短時間加熱
の連続処理を行ったとしても、ヒータ温度が処理回数ご
とに変化し、ウェハごとに熱処理がばらついてしまうと
いう問題があった。Even if continuous short-time heating treatment on the order of 1 second was performed using only a resistance heating heater, there was a problem in that the heater temperature would change with each number of treatments, and the heat treatment would vary from wafer to wafer.
また特開昭60−131430号公報に記載の従来技術
はウェハ表面の放射率が表面状態によって変化する点に
ついて配慮がされておらず、加熱中に放射率が変化する
場合、赤外線センサによる温度指示値の誤差が大きくな
るという問題があった。Furthermore, the conventional technology described in JP-A No. 60-131430 does not take into consideration the fact that the emissivity of the wafer surface changes depending on the surface condition, and if the emissivity changes during heating, the temperature is indicated by an infrared sensor. There was a problem that the error in the values became large.
本発明の第1の目的はウェハ挿入時に外気を巻き込まず
、清浄に短時間熱処理する装置構造を提供することにあ
る。A first object of the present invention is to provide an apparatus structure that cleanly performs heat treatment for a short time without drawing in outside air when inserting a wafer.
第2の目的は温度上昇時及び定常加熱時のウェハ温度分
布を低減し、熱応力欠陥が発生せず、均一に熱処理する
装置構造を提供することにある。The second object is to provide an apparatus structure that reduces the wafer temperature distribution during temperature rise and steady heating, and performs uniform heat treatment without generating thermal stress defects.
第3の目的はウェハの表面状態によらず、精度良くウェ
ハ温度を測定する方法を提供することにある。A third purpose is to provide a method for measuring wafer temperature with high accuracy regardless of the surface condition of the wafer.
上記第1の目的に達成するために1本発明の熱処理装置
は縦形円筒形装置の側壁に抵抗発熱ヒータを設け、天井
部に加熱用ランプを設けたものである。ここで、抵抗発
熱ヒータとは線径が数1の合金材料を用い、大気圧にて
ジュール発熱させるヒータで、ヒータの焼切れを防止す
るためヒータ温度が1500℃以下であるが、熱効率が
よく連続加熱に適したヒータのことを言う。一方、加熱
用ランプは線径が数百μmのタングステン線フィラメン
トをガラス管の中に封入し、ガラス管内に不活性ガスは
ハロゲンガスを入れ、フィラメントに電流を流して30
00℃程度の白熱状態にして発熱するもので、フィラメ
ントが細いため発熱量の高速制御が可能な加熱源のこと
を言う。抵抗発熱ヒータは連続的に発熱させて装置内壁
や処理ガスを常に高温の状態に保つものである。加熱用
ランプはウェハ温度に合わせて発熱量を制御しウェハ温
度を制御するものである。In order to achieve the above-mentioned first object, the heat treatment apparatus of the present invention is a vertical cylindrical apparatus with a resistance heater provided on the side wall and a heating lamp provided on the ceiling. Here, the resistance heating heater is a heater that uses an alloy material with a wire diameter of several 1 and generates Joule heat at atmospheric pressure.The heater temperature is 1500℃ or less to prevent the heater from burning out, but it has good thermal efficiency. A heater suitable for continuous heating. On the other hand, heating lamps are made by enclosing a tungsten wire filament with a wire diameter of several hundred micrometers in a glass tube, filling the glass tube with halogen gas as an inert gas, and passing an electric current through the filament for 30 minutes.
It is a heating source that generates heat in an incandescent state of about 00°C, and because the filament is thin, the amount of heat generated can be controlled at high speed. A resistance heating heater continuously generates heat to keep the inner walls of the apparatus and the processing gas at a high temperature at all times. The heating lamp controls the amount of heat generated in accordance with the wafer temperature to control the wafer temperature.
第2の目的を達成するために1本発明の熱処理装置はウ
ェハ周縁部近くに補助加熱用ランプを設け、かつ、集光
器やレンズにより、その加熱光に方向性を与えて、ウェ
ハ周縁を含まずに周縁から少し内側の位置を局所的に加
熱させるようにしたものである。In order to achieve the second object, the heat treatment apparatus of the present invention is provided with an auxiliary heating lamp near the wafer periphery, and uses a condenser and a lens to give directionality to the heating light, so that the wafer periphery is heated. It is designed to locally heat a position slightly inside from the periphery without containing it.
また、ランプ管構造を偏平な円形。In addition, the lamp tube structure is flat and circular.
環状形とし、
その中にフィラメントを平面的に配線し、そのような平
面形状の加熱用ランプをウェハに平行となるように配置
してウェハを加熱したものである。The wafer is heated by having an annular shape, in which a filament is wired in a planar manner, and heating lamps having such a planar shape are arranged parallel to the wafer.
第3の目的を達成するために、赤外線センサと共に同じ
波長の発光ランプを設け1発光ランプの光がウェハ表面
にて反射してくる光の強度を赤外線センサで測定するこ
とにより、ウェハ放射率を測定する8次に発光ランプを
消してウェハからの放射強度を測定し、先に求めたウェ
ハ放射率を用いてウェハ温度を算出するものである。In order to achieve the third objective, we installed a light-emitting lamp with the same wavelength as the infrared sensor, and measured the intensity of the light from one light-emitting lamp reflected on the wafer surface using the infrared sensor, thereby calculating the wafer emissivity. The eighth step to be measured is to turn off the light emitting lamp, measure the radiation intensity from the wafer, and calculate the wafer temperature using the previously determined wafer emissivity.
第1の目的を達するための縦形円筒形装置の側壁に設け
た抵抗発熱ヒータは連続的に発熱し、装置内壁や処理ガ
スを縮に高温の状態に保つため、下端を開放した縦形円
筒形装置の内部に高温ガスの処理ガスが浮力で充満し、
ウェハ挿入時においてウェハに伴う低温の外気が高温処
理ガスで追い払われ、外気が装置内部に持ち込まれるこ
とはない。また、縦形円筒形装置の天井部に設けた加熱
用ランプは、ウェハの温度に合わせて発熱量を高速制御
するため、挿入直後のウェハ温度を急速に熱処理温度ま
で加熱することが可能であり、またウェハ全面が均一温
度になるように加熱制御することが可能であり、秒オー
ダの短時間熱処理をすることができる。To achieve the first purpose, a resistance heater installed on the side wall of a vertical cylindrical device continuously generates heat, and in order to keep the inner wall of the device and the processing gas at a high temperature, the bottom end of the device is open. The inside of the chamber is filled with high-temperature processing gas due to buoyancy.
When the wafer is inserted, the low-temperature outside air that accompanies the wafer is driven away by the high-temperature processing gas, and no outside air is brought into the apparatus. In addition, the heating lamp installed on the ceiling of the vertical cylindrical device quickly controls the amount of heat generated according to the temperature of the wafer, so it is possible to rapidly heat the wafer immediately after insertion to the heat treatment temperature. Furthermore, heating can be controlled so that the entire surface of the wafer has a uniform temperature, and short-time heat treatment on the order of seconds can be performed.
第2の目的を達成するためのウェハ周縁部近くに設けた
補助ランプからの方向性のある加熱光は、ウェハ周縁を
含まずに周縁近傍を局所的に加熱することができる。低
温のウェハを熱処理温度まで温度上昇させる際に、ウェ
ハ周縁部はウェハ側面と周端面の両者の加熱のために温
度が高くなる。Directional heating light from an auxiliary lamp provided near the wafer edge to achieve the second purpose can locally heat the vicinity of the wafer edge without including the wafer edge. When raising the temperature of a low-temperature wafer to the heat treatment temperature, the temperature of the wafer periphery increases due to heating of both the wafer side surface and peripheral end surface.
またウェハ中央部は加熱源の中央に対面しているため温
度が高くなる。両者の作用によってウェハ周縁から少し
内側の部分が最も温度が低くなる。Furthermore, the temperature of the central portion of the wafer is high because it faces the center of the heating source. Due to the effects of both, the temperature is lowest at a portion slightly inside from the wafer periphery.
方向性の加熱光にて温度が低い部分を局所的に加熱する
ため、ウェハ温度分布を低減することができる。Since the directional heating light locally heats the low-temperature portion, the wafer temperature distribution can be reduced.
また、平面形状の加熱用ランプは平面的に均一な加熱が
可能であり、ランプに平行となるように配置したウェハ
全面を均一な温度にすることができる。特に定常処理時
のウェハ温度分布を低減することができる。Further, the planar heating lamp is capable of uniform heating in a plane, and the entire surface of the wafer disposed parallel to the lamp can be brought to a uniform temperature. In particular, the wafer temperature distribution during steady processing can be reduced.
第3の目的を達成するための発光ランプと赤外線センサ
により、ウェハの放射率を測定しながら、ウェハからの
放射強度を測定することができる。A luminescent lamp and an infrared sensor to achieve the third objective make it possible to measure the radiation intensity from the wafer while measuring the emissivity of the wafer.
ウェハからの放射強度からウェハ温度に換算するには、
ウェハの放射率を与える必要があるが、オンラインでウ
ェハの放射率を測定しているため、加熱中にウェハの放
射率が変化しても、それに対応してウェハ温度を精度よ
く求めることができる。To convert the radiation intensity from the wafer to the wafer temperature,
It is necessary to provide the emissivity of the wafer, but since the emissivity of the wafer is measured online, even if the emissivity of the wafer changes during heating, the wafer temperature can be calculated with high accuracy. .
以下、本発明の一実施例を第1図、第2図により説明す
る。第1図は本発明を適用した拡散装置の縦断面図であ
り、第2図は加熱用ランプの配置を示す水平断面図であ
る。高温炉1は縦形円筒形状をしており、炉内側壁に上
下に2分割された抵抗発熱ヒータ2−1.2−2 (直
径が2〜10+nnのカンタル素線など)が設けられて
いる。ヒータ2−1.2−2の内側に均熱管3(シリコ
ンカーバイi・製なと)1反応管4(石英ガラス製など
)が設けられており、周囲に断熱材5が設けられている
。高温炉1の天井部に並列した棒状の加熱用ランプ6と
リング状のランプ7が設けられている。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a diffusion device to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a horizontal sectional view showing the arrangement of heating lamps. The high-temperature furnace 1 has a vertical cylindrical shape, and a resistance heater 2-1.2-2 (such as a Kanthal wire with a diameter of 2 to 10+ nn) divided into upper and lower halves is provided on the inner wall of the furnace. A soaking tube 3 (made of silicon carbide I) 1 a reaction tube 4 (made of quartz glass, etc.) is provided inside the heater 2-1.2-2, and a heat insulating material 5 is provided around it. . A rod-shaped heating lamp 6 and a ring-shaped lamp 7 are provided on the ceiling of the high-temperature furnace 1 in parallel.
リング状のランプ7の加熱光がウェハ8の周縁部近傍の
みに局所的に照射されるように集光器9が設けられてい
る。ランプ6.7の外側には反射板10が設けられてお
り、それには冷却用の空気の流路11が設けられている
。1枚のウェハ8が挿入治具12に乗せられて高温炉1
の下方から内部に挿入される。挿入治具12は搬送台1
3に取り付けられており、ウェハ挿入時にキャンプ14
が閉じるようになっている。挿入治具12にウェハを供
給し、払い出すためのロード・アンロード治具15が設
けられている。高温炉1の下方にハーフミラ−16,赤
外線センサ17.赤外ランプ18から構成されたウェハ
温度計測系が設けられている。反応管4の内部は、拡散
装置の使用条件に応じて、窒素、アルゴン、酸素、水蒸
気などの処理ガスが流れている。反応管4の側壁に供給
管19が取り付けられており、外部から導びかれるガス
が供給管19を流れる間に予熱され、高温となってガス
が反応管4の上部に供給される。第2図のランプ配置に
おいて、棒状の加熱用ランプ6はウェハ8の全面にわた
って多数並列しており、ランプの軸方向において発熱部
はウェハ8に面している部分のみとする。リング状のラ
ンプ7はウェハ8に周囲に軸対称となるように設けられ
ている。いずれのランプも電源供給端子20は高温部分
から外れた位置になっていて、十分に冷却されている。A condenser 9 is provided so that the heating light from the ring-shaped lamp 7 is locally irradiated only near the peripheral edge of the wafer 8 . A reflector plate 10 is provided on the outside of the lamp 6.7, which is provided with channels 11 for cooling air. One wafer 8 is placed on the insertion jig 12 and placed in the high temperature furnace 1.
is inserted into the interior from below. The insertion jig 12 is the transport platform 1
3 and camp 14 when inserting the wafer.
is now closed. A loading/unloading jig 15 is provided for supplying and unloading wafers to the insertion jig 12. Below the high temperature furnace 1, there is a half mirror 16, an infrared sensor 17. A wafer temperature measurement system consisting of an infrared lamp 18 is provided. A process gas such as nitrogen, argon, oxygen, or water vapor flows inside the reaction tube 4 depending on the usage conditions of the diffusion device. A supply pipe 19 is attached to the side wall of the reaction tube 4 , and while gas introduced from the outside flows through the supply pipe 19 , it is preheated, reaches a high temperature, and is supplied to the upper part of the reaction tube 4 . In the lamp arrangement shown in FIG. 2, a large number of rod-shaped heating lamps 6 are arranged in parallel over the entire surface of the wafer 8, and the heat generating portion is only the portion facing the wafer 8 in the axial direction of the lamps. The ring-shaped lamp 7 is provided around the wafer 8 in an axially symmetrical manner. The power supply terminals 20 of both lamps are located away from high temperature areas and are sufficiently cooled.
発熱制御系は第1図に示しであるように、抵抗発熱ヒー
タ2−1.2−2は発熱部中央に熱電対21が設けられ
ており、温調器22にて目標温度に近づくように発熱量
がPID制御され、電源23からの供給電力が調整され
る。また、赤外線センサ17の指示値はウェハ温度計2
4にて目標温度に近づくように発熱量がPID制御され
、電源25からの供給電力が調整される。温調器22や
ウェハ温度計24への目標温度の設定などは生コントロ
ーラ26の信号によって行われる。As shown in Fig. 1, the heat generation control system includes a thermocouple 21 installed in the center of the heat generating part of the resistance heater 2-1. The amount of heat generated is PID controlled, and the power supplied from the power source 23 is adjusted. In addition, the indicated value of the infrared sensor 17 is the value indicated by the wafer thermometer 2.
At step 4, the amount of heat generated is subjected to PID control so as to approach the target temperature, and the power supplied from the power source 25 is adjusted. Setting target temperatures to the temperature controller 22 and wafer thermometer 24 is performed by signals from the raw controller 26.
以上のように構成された拡散装置を用いてウニ八熱処理
を行う場合の動作を次に示す。抵抗発熱ヒータ2−1.
2−2の発熱により高温炉1の内部は、例えば1000
℃の高温状態になっている2つに分割されたヒータ2−
1.2−2及びランプ6.7の発熱量を制御することに
より、高温炉1の上部に均一温度場が形成されている。The operation when performing sea urchin heat treatment using the diffusion device configured as described above will be described below. Resistance heating heater 2-1.
Due to the heat generation of 2-2, the inside of the high-temperature furnace 1 is heated to
Heater 2-, which is divided into two parts, is in a high temperature state of °C.
A uniform temperature field is formed in the upper part of the high temperature furnace 1 by controlling the calorific value of the lamps 1.2-2 and 6.7.
挿入治具12が高温炉1の直下に移動し、ロード・アン
ロード治具15によってウェハが乗せられる。挿入治具
12が上方に移動しく例えば200mm/秒の速度)ウ
ェハ8を高温炉1の内部に収納する。The insertion jig 12 is moved directly below the high temperature furnace 1, and the wafer is placed thereon by the load/unload jig 15. The insertion jig 12 moves upward (at a speed of 200 mm/sec, for example) and stores the wafer 8 inside the high temperature furnace 1 .
後で説明するように、ウェハ温度計測系により、ウェハ
温度を測定し、ウェハ温度が熱処理温度(例えば100
0℃)に速く近づくように、加熱用ランプ6.7の発熱
量が制御される。また、後で詳細に説明するように、棒
状ランプ6とリング状ランプ7どの発熱量は、温度上昇
時及び定常時のウェハ温度が均一になるように制御され
る。常温で挿入されたウェハが例えば10秒程度で熱処
理温度に達し、その後熱処理温度が一定値に保たれる。As will be explained later, the wafer temperature is measured by a wafer temperature measurement system, and the wafer temperature is determined to be the heat treatment temperature (for example, 100
The amount of heat generated by the heating lamp 6.7 is controlled so that the temperature quickly approaches 0°C. Further, as will be described in detail later, the amount of heat generated by the rod-shaped lamp 6 and the ring-shaped lamp 7 is controlled so that the wafer temperature is uniform during temperature rise and during steady state. A wafer inserted at room temperature reaches the heat treatment temperature in about 10 seconds, for example, and then the heat treatment temperature is maintained at a constant value.
所定時間(例えば10秒)の熱処理後、ウェハは高温炉
1の直下に取り出され、ロード・アンロード治具15に
よって次のウェハと交換され上記動作が連続する。After heat treatment for a predetermined time (for example, 10 seconds), the wafer is taken out directly below the high temperature furnace 1, and replaced with the next wafer by the loading/unloading jig 15, and the above operations continue.
抵抗発熱ヒータ2−1.2−2は連続的に発熱しており
1反応管4の内部が高温状態の処理ガスが浮力で充満し
ているため、外部の空気は反応管4の内部に入り込むこ
とがない。The resistance heating heater 2-1.2-2 continuously generates heat, and the inside of the reaction tube 4 is filled with high-temperature processing gas due to buoyancy, so outside air enters the inside of the reaction tube 4. Never.
ウェハ面内温度分布について、ウェハ中央部は棒状ラン
プ6に近いために高温となる。装置上壁の周辺にランプ
やヒータがない部分があるため。Regarding the in-plane temperature distribution of the wafer, the central portion of the wafer is close to the rod-shaped lamp 6 and therefore has a high temperature. This is because there are areas around the top wall of the device where there are no lamps or heaters.
ウェハの周縁の近くが低温となる。一方、ウェハの最外
周部は周端面への加熱のために再び高温となる。数値シ
ミュレーションにより、ウェハ半径方向の温度分布を計
算した結果を第3図に示す。The temperature near the periphery of the wafer is low. On the other hand, the outermost portion of the wafer becomes hot again due to the heating of the peripheral end surface. FIG. 3 shows the results of calculating the temperature distribution in the radial direction of the wafer by numerical simulation.
第3図のAが棒状ランプ6のみを使用した場合で量る。A in FIG. 3 is measured when only the rod-shaped lamp 6 is used.
リング状ランプ7によりウェハ周縁を含ますウェハ周縁
から少し内側の部分を局所的に加熱した場合を第3図の
Bに示す、この場合、最大と最小の温度差を低減するこ
とがわかる。これは。FIG. 3B shows a case where the ring-shaped lamp 7 locally heats a portion slightly inside the wafer periphery, including the wafer periphery. In this case, it can be seen that the maximum and minimum temperature difference is reduced. this is.
リング状ランプ7に集光器9が設けられているので加熱
光に方向性が生じ、ウェハ周縁を含まず周縁近傍で局所
的に加熱することが可能となるため、温度差が低減する
ためである。局所加熱領域を適正化することにより温度
分布をさらに低減できる。Since the ring-shaped lamp 7 is provided with a condenser 9, the heating light has directionality, and it is possible to locally heat the wafer near the periphery without including the wafer periphery, which reduces the temperature difference. be. Temperature distribution can be further reduced by optimizing the local heating area.
集光器9をなくし、リング状ランプ7からウェハ全面を
加熱した場合を第3図のCに示す、この場合ウェハ周端
面への加熱量も増し、ウェハ最外周部の温度が非常に高
くなり、温度差が大きくなる次にウェハ温度測定につい
て示す。赤外線センサ17によりウェハ温度を測定する
にはウェハ表面の放射率を与える必要がある。ところが
ウェハの放射率は酸化膜厚の変化によって変化するため
。A case in which the condenser 9 is eliminated and the entire wafer is heated from the ring lamp 7 is shown in C of Fig. 3. In this case, the amount of heating to the wafer peripheral edge surface also increases, and the temperature at the outermost wafer becomes extremely high. Next, wafer temperature measurement, where the temperature difference becomes large, will be explained. In order to measure the wafer temperature using the infrared sensor 17, it is necessary to provide the emissivity of the wafer surface. However, the wafer's emissivity changes with changes in oxide film thickness.
熱処理中の表面状態の変化が測定誤差を生じる。Changes in surface conditions during heat treatment cause measurement errors.
600℃以上のウェハは不透明であるため、ウェハの反
射率と放射率の和が1.0 という関係がある。赤外ラ
ンプ18を点灯し、ハーフミラ−16で反射された光が
ウェハ8にて反射され、ハーフミラ−1Gを透過して赤
外線センサ17に達する強度を測定することにより、ウ
ェハの反射率を求めることができ、それから放射率を算
出できる。Since a wafer heated to 600° C. or higher is opaque, there is a relationship in which the sum of the reflectance and emissivity of the wafer is 1.0. The reflectance of the wafer is determined by lighting the infrared lamp 18 and measuring the intensity of the light reflected by the half mirror 16, reflected by the wafer 8, transmitted through the half mirror 1G, and reaching the infrared sensor 17. , and then the emissivity can be calculated.
次に赤外ランプ18を消灯して、ウェハ8からの放射エ
ネルギを赤外線センサ17で測定し、先に求めた放射率
を与えることによりウェハ温度を求めることができる。Next, the infrared lamp 18 is turned off, the radiant energy from the wafer 8 is measured by the infrared sensor 17, and the wafer temperature can be determined by giving the previously determined emissivity.
放射率測定と温度測定を交互に行うことにより、ウェハ
表面状態が素化しても精度よくウェハ温度を求めること
ができる。By alternately performing emissivity measurement and temperature measurement, the wafer temperature can be determined with high accuracy even if the wafer surface condition is elementary.
上記、実施例の熱処理方法は抵抗発熱ヒータ2−1.2
−2により高温炉1の内部の温度を熱処理温度(たとえ
ば1000℃)にしておき、ウェハを挿入後ウェハ温度
がすみやかに熱処理温度に近づくように加熱ランプ6を
発熱させるものであった。この場合、スルーブツトが大
きいという利点がある。The heat treatment method in the above embodiment is a resistance heating heater 2-1.2.
-2, the temperature inside the high-temperature furnace 1 is set to the heat treatment temperature (for example, 1000° C.), and after the wafer is inserted, the heating lamp 6 is made to generate heat so that the wafer temperature quickly approaches the heat treatment temperature. In this case, the advantage is that the throughput is large.
他の熱処理方法として、高温炉1の内部の温度を熱処理
温度よりやや低い温度(たとえば800℃)にしておき
、挿入後ウェハ温度が高温炉1の内部温度になった後、
加熱ランプ6の発熱させて熱処理温度に近づける方法も
ある。この場合、ウェハを予熱することに相当し、温度
上昇時のウエハ面内温度分布を低減させることができる
ので、リング状ランプ7を設けなくても熱応力欠陥の発
生を防止できる効果がある。As another heat treatment method, the temperature inside the high temperature furnace 1 is set to a temperature slightly lower than the heat treatment temperature (for example, 800°C), and after the wafer temperature after insertion reaches the internal temperature of the high temperature furnace 1,
There is also a method of causing the heat lamp 6 to generate heat to bring it closer to the heat treatment temperature. In this case, this corresponds to preheating the wafer, and the in-plane temperature distribution of the wafer can be reduced when the temperature rises, so that it is possible to prevent the occurrence of thermal stress defects even without providing the ring-shaped lamp 7.
他の熱処理方法として、ウェハ8を高温炉1に挿入する
速度を遅くすることにより、ウェハをゆっくり温度上昇
させることができるので、温度上昇時のウェハ面内温度
分布を低減させることができ、リング状ランプ7を設け
なくても熱応力欠陥の発生を防止できる効果がある。As another heat treatment method, by slowing down the speed at which the wafer 8 is inserted into the high-temperature furnace 1, the temperature of the wafer can be slowly raised, so the temperature distribution within the wafer surface when the temperature rises can be reduced, and the ring This has the effect of preventing the occurrence of thermal stress defects even without providing the shaped lamp 7.
本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第5図に示
す6その加熱用ランプの水平方向の配置を示す横断面図
を第4図に示す。円筒形状の高温炉1の天井部に2段に
直交させて並列した棒状加熱ランプ6が設けられている
。高温炉1の下部は開放している。ウェハ温度計測系の
光軸はミラー27により直角に曲げられている。ウェハ
8の外周部にリング板(石英ガラス、シリコン製など)
28が設けられている。ウェハ8及びリング板28を下
から見た図を第6図に示す。ウェハ8及びリング板28
は挿入治具12の先端部のツメ29に支持されている。A vertical cross-sectional view of a diffusion device according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. 5. A cross-sectional view showing the horizontal arrangement of the heating lamps is shown in FIG. Rod-shaped heating lamps 6 are provided on the ceiling of the cylindrical high-temperature furnace 1 in two rows arranged orthogonally in parallel. The lower part of the high temperature furnace 1 is open. The optical axis of the wafer temperature measurement system is bent at right angles by a mirror 27. A ring plate (made of quartz glass, silicon, etc.) is placed on the outer periphery of the wafer 8.
28 are provided. A bottom view of the wafer 8 and the ring plate 28 is shown in FIG. Wafer 8 and ring plate 28
is supported by a claw 29 at the tip of the insertion jig 12.
リング板28の厚さはウェハの厚さ以上とする。The thickness of the ring plate 28 is greater than the thickness of the wafer.
本実施例によれば、リング板28によって見かけ上、ウ
ェハの直径を大きくした場合対応する効果がある。ウェ
ハ周縁近傍の局所加熱を行わないが、第3図のCに示す
曲線において、中央部の均一温度範囲を使って熱処理す
ることに相当するため、均一熱処理ができる。高温炉1
の下部を開放しているため、第1実施例に比べて放熱量
が大きく、消費電力が大きいが、キャップ開閉に伴う装
置内部の温度変動が生じず均一加熱が可能である。According to this embodiment, there is a corresponding effect when the diameter of the wafer is apparently increased by the ring plate 28. Although local heating near the wafer periphery is not performed, this corresponds to heat treatment using the uniform temperature range at the center in the curve shown in FIG. 3C, so that uniform heat treatment can be performed. High temperature furnace 1
Since the lower part of the cap is open, the amount of heat dissipated is large and the power consumption is large compared to the first embodiment, but uniform heating is possible without causing temperature fluctuation inside the device due to opening and closing of the cap.
また、ウェハ温度計測系を高温炉1の放射熱が当らない
位置に設けているため、計測器本体を温度上昇させてし
まうことがない。Furthermore, since the wafer temperature measurement system is provided at a location where it is not exposed to the radiant heat of the high temperature furnace 1, the temperature of the measuring instrument itself will not rise.
また、リング板28に加熱用ヒータや冷却ガス流路を取
り付けて、リング板の温度制御を行うとウェハ温度均一
化の効果が大きい。Further, if a heating heater or a cooling gas flow path is attached to the ring plate 28 and the temperature of the ring plate is controlled, the effect of making the wafer temperature uniform is large.
本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第7図に示
す。円筒形状の高温炉1の天井部の中央に球状のランプ
30が設けられている。ランプ30とウェハ8との間に
フィルタ31 (石英ガラス製など)が設けられており
、リング状に凸レンズ32が形成されており、その他は
散乱面となっている。A longitudinal sectional view of a diffusion device according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. A spherical lamp 30 is provided at the center of the ceiling of the cylindrical high temperature furnace 1. A filter 31 (made of quartz glass or the like) is provided between the lamp 30 and the wafer 8, and a convex lens 32 is formed in a ring shape, and the rest is a scattering surface.
本実施例によれば球状のランプ30が1つであり、フィ
ルタ31で散乱されるため、ウェハ全面を軸対称に均一
に加熱することができる。また、凸レンズ32により、
ウェハの周縁部近傍を局所的に加熱でき、ウェハ温度を
均一にすることができる。According to this embodiment, only one spherical lamp 30 is used, and the light is scattered by the filter 31, so that the entire surface of the wafer can be heated uniformly and axially symmetrically. In addition, the convex lens 32 allows
The vicinity of the periphery of the wafer can be locally heated, and the wafer temperature can be made uniform.
本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第9図に示
す。ランプの配置を示す水平断面図を第8図に示す。水
平に支持したウェハ8の下方に棒状の加熱ランプ6が並
列に設けられており、上方にリング状のランプ7が設け
られている。リング状のランプ7の加熱光がウェハ8の
周縁部近傍のみに局所的に照射されるように集光器9が
設けられている。ウェハ8は横に挿入口をもつ反応管4
(石英ガラス製など)の内に挿入治具12によって挿入
されており、挿入口はキャップ14で密閉されている。A longitudinal sectional view of a diffusion device according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. A horizontal sectional view showing the arrangement of the lamps is shown in FIG. Bar-shaped heating lamps 6 are provided in parallel below the horizontally supported wafer 8, and ring-shaped lamps 7 are provided above. A condenser 9 is provided so that the heating light from the ring-shaped lamp 7 is locally irradiated only near the peripheral edge of the wafer 8 . The wafer 8 is placed in a reaction tube 4 with an insertion port on the side.
(made of quartz glass, etc.) using an insertion jig 12, and the insertion opening is sealed with a cap 14.
反応管4の内に処理ガスが供給管19から供給される。A processing gas is supplied into the reaction tube 4 from a supply pipe 19 .
ハーフミラ−16,赤外線センサ17.赤外ランプ18
で構成されたウェハ温度計測系が設けられている。Half mirror 16, infrared sensor 17. Infrared lamp 18
A wafer temperature measurement system is provided.
本実施例はウェハ均一熱処理、ウェハ温度測定精度向上
の点で、第1の実施例と同様の効果がある。This embodiment has the same effects as the first embodiment in terms of wafer uniform heat treatment and improved wafer temperature measurement accuracy.
本発明のウェハ温度計測系他の実施例を第10図に示す
。同種の2個の赤外線センサ17−1゜17−2と赤外
線ランプ18を用いる。赤外線ランプ18からの光が破
線で示した光路で、ウェハ8で反射され赤外線センサ1
7−1に達する強度を測定することにより、ウェハの反
射率を求めることができ、放射率を算出できる。一方、
ウェハ8からの放射エネルギは一点鎖線で示した光路で
。Another embodiment of the wafer temperature measurement system of the present invention is shown in FIG. Two infrared sensors 17-1 and 17-2 of the same type and an infrared lamp 18 are used. The light from the infrared lamp 18 is reflected by the wafer 8 along the optical path indicated by the broken line, and is reflected by the infrared sensor 1.
By measuring the intensity that reaches 7-1, the reflectance of the wafer can be determined and the emissivity can be calculated. on the other hand,
The radiant energy from the wafer 8 follows the optical path indicated by the dashed line.
赤外線センサ17−2に達する強度を測定することによ
り、ウェハ温度を求めることができる。なお、反射率測
定位置と温度測定位置を同一にする必要がある。本実施
例によれば反射率測定と温度測定を同時に行うことがで
きる。By measuring the intensity reaching the infrared sensor 17-2, the wafer temperature can be determined. Note that it is necessary to make the reflectance measurement position and the temperature measurement position the same. According to this embodiment, reflectance measurement and temperature measurement can be performed simultaneously.
本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第11図に
示す。水平に支持したウェハ8の上下に棒状の加熱ラン
プ6を並列に設けている。装置の下部にハーフミラ−1
6,赤外線センサ17.赤外線ランプ18.ミラー33
.シャッタ34で構成されたウェハ温度計測系が設けら
れている。A longitudinal cross-sectional view of a diffusion device according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. Bar-shaped heating lamps 6 are provided in parallel above and below a wafer 8 that is supported horizontally. Half mirror 1 at the bottom of the device
6. Infrared sensor 17. Infrared lamp 18. mirror 33
.. A wafer temperature measurement system including a shutter 34 is provided.
ウェハ温度計測は3つのステップに分けて行う。Wafer temperature measurement is performed in three steps.
まずシャッタ34を開け、赤外線ランプ18を点灯して
、赤外線センサ17で強度を測る。これをElとした時
、これは赤外線ランプ18の光がハーフミラ−16を透
過し、ミラー33で反射し、ハーフミラ−16で反射し
、赤外線センサ17に届く光の強度である。次に、シャ
ッタ34を閉め。First, the shutter 34 is opened, the infrared lamp 18 is turned on, and the infrared sensor 17 measures the intensity. When this is expressed as El, this is the intensity of the light from the infrared lamp 18 that passes through the half mirror 16, is reflected by the mirror 33, is reflected by the half mirror 16, and reaches the infrared sensor 17. Next, close the shutter 34.
赤外線ランプ18を点灯して、赤外線センサ17で強度
を測る。これをElとした時、これは赤外線ランプ18
の光がハーフミラ−16で反射し。The infrared lamp 18 is turned on and the intensity is measured by the infrared sensor 17. When this is set as El, this is an infrared lamp 18
The light is reflected by half mirror 16.
ウェハ8で反射し、ハーフミラ−16を透過し、赤外線
センサ17に届く光の強度である。次に、シャッタ34
を閉め、赤外線ランプ18を消灯して、赤外線センサ1
7で強度を測る。これをE3とした時、これはウェハ8
からの放射エネルギがハーフミラ−16を透過して赤外
線センサ17に届く光の強度である。以上の測定値を用
い、ウェハが600℃以上で不透明の場合、ウェハの放
射率εは次式で計算される。This is the intensity of light that is reflected by the wafer 8, transmitted through the half mirror 16, and reaches the infrared sensor 17. Next, the shutter 34
, turn off the infrared lamp 18, and turn off the infrared sensor 1.
Measure the strength with 7. When this is E3, this is wafer 8
This is the intensity of the radiant energy transmitted through the half mirror 16 and reaching the infrared sensor 17. Using the above measurement values, when the wafer is opaque at 600° C. or higher, the emissivity ε of the wafer is calculated by the following formula.
Et Ex
ウェハ温度をTとすると、赤外線センサには次の特性が
ある。すなわち、
となる。Et Ex If the wafer temperature is T, the infrared sensor has the following characteristics. In other words, it becomes .
ここで01〜C6は定数であり、あらかじめ校正して求
めておく、従って、以上の測定値を用いて、ウェハの放
射率が加熱中に変化する場合でも、ウェハ温度Tを精度
よく求めることができる。本実施例では赤外線ランプ1
8の強度が経時変化する場合でもウェハ温度を精度よく
求めることができる。Here, 01 to C6 are constants that are calibrated and determined in advance. Therefore, even if the emissivity of the wafer changes during heating, it is possible to accurately determine the wafer temperature T using the above measured values. can. In this embodiment, the infrared lamp 1
Even if the intensity of 8 changes over time, the wafer temperature can be determined with high accuracy.
本実施例はウェハ温度測定精度向上の点で効果が大きい
。This embodiment is highly effective in improving the accuracy of wafer temperature measurement.
本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第13図に
示す、ランプの水平方向の配置を示す横断面図を第12
図に示す。水平に支持したウェハ8の上方に棒状の加熱
ランプ6が並列しており。A vertical cross-sectional view of a diffuser according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. 13, and a cross-sectional view showing the horizontal arrangement of lamps is shown in FIG.
As shown in the figure. Bar-shaped heating lamps 6 are arranged in parallel above the horizontally supported wafer 8.
下方に小さな球状の加熱ランプ35が多数配列している
。球状の加熱ランプ35にはそれぞれ集光器9が設けら
れており、ウェハ8を局所的に照射するようになってい
る。A large number of small spherical heating lamps 35 are arranged below. Each of the spherical heating lamps 35 is provided with a condenser 9, so that the wafer 8 is locally irradiated.
本実施例は球状の加熱ランプ35によりウェハ全面にわ
たって局所的に加熱量を制御することができるため、ウ
ェハ温度均一化の点に効果が大きい。In this embodiment, since the amount of heating can be locally controlled over the entire surface of the wafer using the spherical heating lamp 35, it is highly effective in making the wafer temperature uniform.
本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第15図に
示す。ランプの水平方向の配置を示す横断面図を第14
図に示す、水平に支持したウェハ8の上下に棒状の加熱
用ランプ6が並列している。A longitudinal cross-sectional view of a diffusion device according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. The cross-sectional view showing the horizontal arrangement of the lamp is shown in the 14th
As shown in the figure, rod-shaped heating lamps 6 are arranged in parallel above and below a wafer 8 that is supported horizontally.
上下の加熱用ランプ6の方向が直交している。さらに、
上下とも加熱用ランプ6の両端部に加熱ランプ6に直交
する方向に別の棒状の加熱用ランプ群36が設けられて
いる。ウェハ8の周囲にはリング板28が設けられてい
る。赤外線センサ17を用いたウェハ温度計測系の他に
ウェハ挿入空間に複数の熱電対37−1.37−2.3
7−3が設けられている。各熱電対はウェハ8の中央部
と四方の周辺部に対応している。各熱電対の温度が、均
一な温度となるように加熱用ランプ6や加熱用ランプ3
6の発熱量を調整する。The directions of the upper and lower heating lamps 6 are orthogonal. moreover,
Another rod-shaped heating lamp group 36 is provided at both ends of the heating lamp 6 in a direction perpendicular to the heating lamp 6 . A ring plate 28 is provided around the wafer 8. In addition to the wafer temperature measurement system using the infrared sensor 17, a plurality of thermocouples 37-1.37-2.3 are installed in the wafer insertion space.
7-3 is provided. Each thermocouple corresponds to the center and four peripheral parts of the wafer 8. The heating lamp 6 and the heating lamp 3 are heated so that the temperature of each thermocouple becomes uniform.
Adjust the amount of heat generated in step 6.
本実施例によれば、熱電対37−1.37−2゜37−
3を用いて多数の加熱用ランプ6.36のランプごとの
発熱量を調整してウェハ挿入空間の温度を均一にし、赤
外線センサ17を用いてウェハ中心温度を測定するので
均一な温度にすることができる。According to this embodiment, the thermocouple 37-1.37-2°37-
3 is used to adjust the heat generation amount of each of the many heating lamps 6.36 to make the temperature of the wafer insertion space uniform, and the infrared sensor 17 is used to measure the wafer center temperature to make the temperature uniform. I can do it.
本発明の他の実施例を第16図〜第18図により説明す
る。第17図は本発明を適用した拡散装置の縦断面図で
ある。第16図は装置の上方に用いであるランプ構造を
示す横断面図である。第18図は装置の下方に用いであ
るランプ構造を示す斜視図である。第16図に示すよう
に加熱用ランプ38は扁平な円形ガラス管39(石英ガ
ラス製など)の中にフィラメント40(タングステン線
など)が渦巻き状に設けられており、端子部41にてモ
リブデン箔製なとの電極がガラス封止されている。密封
されたガラス管39の内部にはアルゴン、窒素、クリプ
トン、沃素、臭素、塩素などのガスが封入されている。Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 to 18. FIG. 17 is a longitudinal sectional view of a diffusion device to which the present invention is applied. FIG. 16 is a cross-sectional view showing the lamp structure used above the device. FIG. 18 is a perspective view showing the lamp structure used below the device. As shown in FIG. 16, the heating lamp 38 has a filament 40 (such as a tungsten wire) spirally provided in a flat circular glass tube 39 (made of quartz glass, etc.), and a terminal portion 41 is connected to a molybdenum foil. The electrodes are sealed in glass. Gases such as argon, nitrogen, krypton, iodine, bromine, and chlorine are sealed inside the sealed glass tube 39.
なお、フィラメント40がガラス管39に触れないよう
に必要に応じて支持部材(図に示していない)が設けら
れている。Note that a support member (not shown) is provided as necessary to prevent the filament 40 from touching the glass tube 39.
第17図に示すようにウェハ8の上方に上記の加熱用ラ
ンプ38が設けられている。ウェハ8の下方には、第1
8図に示すように扁平な環状の加熱用ランプ42が設け
られである。扁平な環状のガラス管43の中にフィラメ
ント44が渦巻き状に設けられている。ガラス管43の
内部には上記のガスが封入されている。第17図にて加
熱用ランプ38.42の外側に反射板10(アルミ製な
ど)が設けられており、それには冷却用の空気流路11
が設けられている。ランプ38.42の内側には横に挿
入口をもつ反応器4(石英ガラス製など)が設けられて
おり、挿入治具12に乗せられたウェハ8が挿入されて
いる。挿入口はキャップ14で密閉される。反応管4の
内部には処理ガス(窒素、酸素、水素、水蒸気など)が
供給管19から供給される。赤外線センサによる放射温
度計45が設けられている。放射温度計45の信号を入
力して加熱用ランプ38.42の発熱量を制御する温度
調節器46が設けられている。As shown in FIG. 17, the above heating lamp 38 is provided above the wafer 8. Below the wafer 8, a first
As shown in FIG. 8, a flat annular heating lamp 42 is provided. A filament 44 is spirally provided in a flat annular glass tube 43. The above gas is sealed inside the glass tube 43. In FIG. 17, a reflection plate 10 (made of aluminum or the like) is provided outside the heating lamp 38, 42, and it includes a cooling air flow path 11.
is provided. A reactor 4 (made of quartz glass or the like) having an insertion opening on the side is provided inside the lamp 38, 42, into which a wafer 8 placed on an insertion jig 12 is inserted. The insertion port is sealed with a cap 14. A processing gas (nitrogen, oxygen, hydrogen, water vapor, etc.) is supplied to the inside of the reaction tube 4 from a supply pipe 19 . A radiation thermometer 45 using an infrared sensor is provided. A temperature controller 46 is provided which inputs the signal from the radiation thermometer 45 to control the amount of heat generated by the heating lamps 38 and 42.
以上のように構成されたランプ熱処理装置を用いてウェ
ハの熱処理を行う場合の動作を次に示す。The operation of heat-treating a wafer using the lamp heat-treating apparatus configured as described above will be described below.
装置外にてウェハを乗せた挿入治具12は1反応管4の
内部にウェハ8を挿入する。キャップ14にて反応管4
を密封した後、真空ポンプ(図に示していない)にて内
部を真空にし、その後供給管19から処理ガスを入れる
。加熱用ランプ38゜42が点灯し、ウェハ8を熱処理
温度(例えば1000℃)にまで加熱する6ウ工ハ温度
を放射温度計45で測定し、ウェハ温度が熱処理温度を
越えることなく速く熱処理温度に近づくように加熱用ラ
ンプ38.42の発熱量が温度調節器46で制御される
。ウェハ8の中心部と周辺部が同一温度になるように、
上方の円形の加熱ランプ38と下方の環状の加熱ランプ
42の発熱量が制御される。所定時間の熱処理後、加熱
ランプ38゜42の発熱が止まり、ウェハが冷えた後、
挿入治具12の移動により、ウェハが交換されて上記動
作が繰り返される。An insertion jig 12 carrying a wafer outside the apparatus inserts the wafer 8 into one reaction tube 4 . Reaction tube 4 with cap 14
After sealing, the inside is evacuated using a vacuum pump (not shown), and then processing gas is introduced from the supply pipe 19. The heating lamp 38° 42 is turned on, and the wafer 8 is heated to the heat treatment temperature (for example, 1000°C).The wafer temperature is measured with the radiation thermometer 45, and the wafer temperature is quickly raised to the heat treatment temperature without exceeding the heat treatment temperature. The amount of heat generated by the heating lamps 38, 42 is controlled by the temperature controller 46 so that it approaches . so that the center and periphery of the wafer 8 are at the same temperature.
The amount of heat generated by the upper circular heat lamp 38 and the lower annular heat lamp 42 is controlled. After the heat treatment for a predetermined period of time, the heating lamps 38° 42 stop generating heat and the wafer cools down.
By moving the insertion jig 12, the wafer is replaced and the above operation is repeated.
本発明では加熱ランプ38.42がウェハ8と同心の円
形あるいは環状となっており、ウェハ8に生じる温度分
布が小さい。さらに、加熱ランプ38.42のガラス管
39.43が扁平であり、フィラメント40.44が平
面状に密に配列しているため、ウェハを均一に加熱する
ことができ、ウェハに生じる温度分布が小さい。In the present invention, the heating lamps 38, 42 are circular or annular, concentric with the wafer 8, and the temperature distribution generated on the wafer 8 is small. Furthermore, since the glass tubes 39.43 of the heating lamps 38.42 are flat and the filaments 40.44 are densely arranged in a plane, the wafer can be heated uniformly and the temperature distribution generated on the wafer can be reduced. small.
本発明の他の実施例のランプ熱処理装置の加熱用ランプ
の横断面図を第19図に示す。第19図の■−■断面図
を第20図に示す。マ平な円形ガラス管39の中に板状
のフィラメント47.48が設けられており、中央部の
フィラメント47と周辺部のフィラメント48の2つの
ゾーンに分かれている。各フイラメン1〜とも端子部4
1から電ls!49により配線されている。フィラメン
ト47゜48がガラス管39の中央面になるよう支持部
品50が必要に応じて設けられている。FIG. 19 shows a cross-sectional view of a heating lamp of a lamp heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention. FIG. 20 shows a cross-sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 19. Plate-shaped filaments 47 and 48 are provided in a flat circular glass tube 39, and are divided into two zones: a central filament 47 and a peripheral filament 48. Each filament 1 to terminal part 4
Electric power from 1! 49. A support component 50 is provided as necessary so that the filament 47.degree. 48 is in the center plane of the glass tube 39.
本実施例の加熱用ランプをウェハ8の上下に設けること
により、ウェハの両面を等しく加熱し、さらに、ウェハ
の中央部と周辺部の発熱量を制御することができる。な
お、本実施例の加熱用ランプで用いる場合、放射温度計
45の位置をフィラメント47のすき間51に合わせる
ことが必要である。By providing the heating lamps of this embodiment above and below the wafer 8, both sides of the wafer can be equally heated, and furthermore, the amount of heat generated in the central and peripheral parts of the wafer can be controlled. Note that when used in the heating lamp of this embodiment, it is necessary to align the position of the radiation thermometer 45 with the gap 51 between the filament 47.
本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第21
図に示す。扁平な四角形ガラス管52の中に線状のフィ
ラメント53をコイル状にしたものが狭いピッチで多数
平行して設けられており、すべてのフィラメントをつな
ぐ電極54に多数の端子部41から配線されている。本
実施例によれば線状のフィラメント53を狭いピッチで
設けるため、面内の加熱量をほとんど一定にすることが
できる。多数の端子部41から電極54に配線している
理由は、1つの端子当りの許容電流値に制限があり、電
流値を増すためである。A cross-sectional view of a heating lamp according to another embodiment of the present invention is shown in FIG.
As shown in the figure. A large number of coiled linear filaments 53 are arranged in parallel at narrow pitches in a flat rectangular glass tube 52, and are wired from a large number of terminal parts 41 to electrodes 54 that connect all the filaments. There is. According to this embodiment, since the linear filaments 53 are provided at narrow pitches, the amount of heating in the plane can be made almost constant. The reason why a large number of terminal portions 41 are wired to the electrodes 54 is because there is a limit to the permissible current value per terminal, and the current value is to be increased.
本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第22
図に示す。フィラメント53が四角の薄板になっている
。22 is a cross-sectional view of a heating lamp according to another embodiment of the present invention.
As shown in the figure. The filament 53 is a square thin plate.
本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第23
図に示す。線状のフィラメント53が平面上をつづら折
りになっている。A cross-sectional view of a heating lamp according to another embodiment of the present invention is shown in FIG.
As shown in the figure. A linear filament 53 is folded in a meandering manner on a plane.
本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第24
図に示す。扁平な四角形ガラス管52の中に線状のフィ
ラメント53をコイル状にしたものの群が独立に複数組
で設けられている。本実施例によれば、複数組のフィラ
メント群の発熱量を独立に制御することができ、ウェハ
温度が均一となるように発熱制御を行うことができる。A cross-sectional view of a heating lamp according to another embodiment of the present invention is shown in Fig. 24.
As shown in the figure. A plurality of groups of coiled linear filaments 53 are independently provided in a flat rectangular glass tube 52. According to this embodiment, the amount of heat generated by a plurality of filament groups can be controlled independently, and the heat generation can be controlled so that the wafer temperature becomes uniform.
なお、複数組のフィラメント群はすべて平行している場
合の他に、2段で交直していると発熱制御の効果はさら
に大きい。In addition to the case where the plurality of filament groups are all parallel to each other, the effect of heat generation control is even greater when the filament groups are crossed in two stages.
本発明の他の実施例の加熱用ランプの斜視図を第25図
に示す。円管状のガラス管52の中に板状のフィラメン
ト53が設けられている。板状のフィラメント53をウ
ェハ8と平行にして加熱するものである。A perspective view of a heating lamp according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. A plate-shaped filament 53 is provided in a circular glass tube 52. A plate-shaped filament 53 is heated in parallel to the wafer 8.
以上の説明は扇子な円形、環形、四角形のガラス管39
,43.52の両側の板は透明な平板であったが、それ
を第7図のフィルタ31のように凸レンズを有する平板
あるいは散乱板としてもよい。The above explanation is a fan-shaped circular, annular, square glass tube 39.
, 43 and 52 are transparent flat plates, but they may also be flat plates with convex lenses or scattering plates like the filter 31 in FIG. 7.
本発明によれば、ウェハ挿入時に装置内に外気を混入す
ることがなく、外部のゴミを含まないクリーンなガス中
で秒オーダの短時間熱処理を行うことかでき、製品の歩
留りが大きい。また、温度上昇時及び定常加熱時のウェ
ハ温度分布が小さく、熱応力欠陥が発生することなく、
均一に熱処理を行うことができる。また、加熱中のウェ
ハの表面状態の変化に対応して、放射率を測定しなから
ウェハ温度を測定するため、精度よくウェハ温度を求め
ることができ、そのウェハ温度が目標熱処理温度に近づ
くように発熱源の発熱量を制御することにより均一な熱
処理を行うことができる。According to the present invention, no outside air is mixed into the apparatus when inserting the wafer, and heat treatment can be performed for a short time on the order of seconds in a clean gas that does not contain external dust, resulting in a high product yield. In addition, the wafer temperature distribution during temperature rise and steady heating is small, and thermal stress defects do not occur.
Heat treatment can be performed uniformly. In addition, since the wafer temperature is measured without measuring emissivity in response to changes in the surface condition of the wafer during heating, the wafer temperature can be determined with high accuracy, and the wafer temperature can be adjusted to approach the target heat treatment temperature. Uniform heat treatment can be performed by controlling the amount of heat generated by the heat source.
第1図は本発明の一実施例の拡散装置の縦断面図、第2
図はランプの配置を示す横断面図、第3図は本発明の効
果を示すウェハ面内温度分布の計算結果を示す図、第4
図と第5図は他の実施例の拡散装置の横断面図と、縦断
面図、第6図はリング板の外観図、第7図は他の実施例
の拡散装置の縦断面図、第8図は第9図は他の実施例の
拡散装置の横断面図と縦断面図、第10図は他の実施例
のウェハ温度測定系を示す図、第11図は他の実施例の
拡散装置の縦断面図、第12図と第13図は他の実施例
の拡散装置の横断面図と縦断面図。
第14図と第15図は他の実施例の拡散装置の横断面図
と縦断面図、第16図〜第17図は他の実施例の拡散装
置のランプ構造の横断面図と装置の縦断面図、第18図
は他のランプ構造を示す斜視図、第19図は他の実施例
のランプ構造図の横断面図、第20図は第19図のv−
■断面図、第21図〜第24図は他の実施例のランプ構
造の横断面図、第25図は他の実施例のランプ構造を示
す斜視図である。
1・・・高温炉、2・・・抵抗発熱ヒータ、6・・・棒
状ランプ、7・・・リング状ランプ、8・・・ウェハ、
9・・・集光器、16・・・ハーフミラ−17・・・赤
外線センサ、心猶ζ唯・晩(論
6
固
3z°゛−凸しソ゛
篤
図
第
図
図
19−一−イラも番イトクt?
第
1θ
図
不
1
図
33−−−ミラー
34−−一ンヤッタ
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図
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力0奏にランフ0
不
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図
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5
図
37− #L電対
拓
1g
図
第
q
図
9
I
−−−T IよFig. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a diffusion device according to an embodiment of the present invention;
The figure is a cross-sectional view showing the arrangement of the lamps.
5 and 5 are a cross-sectional view and a longitudinal sectional view of a diffusion device of another embodiment, FIG. 6 is an external view of a ring plate, and FIG. 7 is a longitudinal sectional view and a longitudinal sectional view of a diffusion device of another embodiment. Figures 8 and 9 are cross-sectional views and vertical cross-sectional views of a diffusion device of another embodiment, Figure 10 is a diagram showing a wafer temperature measurement system of another embodiment, and Figure 11 is a diagram showing a diffusion device of another embodiment. A vertical cross-sectional view of the device, and FIGS. 12 and 13 are a cross-sectional view and a vertical cross-sectional view of a diffusion device of another embodiment. Figures 14 and 15 are a cross-sectional view and a vertical cross-sectional view of a diffuser according to another embodiment, and Figures 16-17 are a cross-sectional view of a lamp structure of a diffuser according to another embodiment and a longitudinal cross-section of the device. 18 is a perspective view showing another lamp structure, FIG. 19 is a cross-sectional view of the lamp structure of another embodiment, and FIG.
(2) Cross-sectional view, FIGS. 21 to 24 are cross-sectional views of a lamp structure of another embodiment, and FIG. 25 is a perspective view of a lamp structure of another embodiment. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... High-temperature furnace, 2... Resistance heating heater, 6... Rod-shaped lamp, 7... Ring-shaped lamp, 8... Wafer,
9...Concentrator, 16...Half mirror 17...Infrared sensor, mind-reflection only/night Itoku t? 1st θ Figure 1 Figure 33--Mirror 34--Yatta 2nd Figure Body 3 Figure 5- Force 0 and runf 0 Un/4 Figure 5 Figure 37- #L electric pair 1g Figure q Figure 9 I---T I
Claims (1)
して熱処理する半導体ウェハの熱処理装置において、前
記加熱空間の下方に挿入取出口を有し、前記加熱空間に
設けた抵抗発熱ヒータと加熱ランプによって同時に半導
体ウェハを加熱することを特徴とする半導体ウェハの熱
処理装置。 2、半導体ウェハが水平姿勢に支持され、加熱空間が縦
形円筒形状に形成されたものであり、抵抗発熱ヒータが
該加熱空間の側壁部に設けられており、加熱用ランプが
該加熱空間の天井部に設けられている請求項1に記載の
半導体ウェハの熱処理装置。 3、加熱空間に半導体ウェハを1枚ごとに挿入および取
出して熱処理する半導体ウェハの熱処理装置において、
前記半導体ウェハの全面を加熱するための加熱ランプと
抵抗発熱ヒータからなる発熱源を有すると共に、前記半
導体ウェハの周縁から少し内側の位置を局所的に加熱す
る発熱源を有することを特徴とする半導体ウェハの熱処
理装置。 4、加熱空間に半導体ウェハを1枚ごとに挿入して熱処
理する半導体ウェハの熱処理装置において、前記加熱空
間が加熱ランプと抵抗発熱ヒータからなるものであつて
、発光ランプと放射エネルギセンサで構成されるウェハ
温度計測系を有し、該発光ランプからの発光が前記半導
体ウェハによつて反射された光を前記放射エネルギセン
サで測定すると共に、前記半導体ウェハからの放射熱を
前記放射エネルギセンサで測定し、両者の測定値を用い
た演算により、上記半導体ウェハの放射率及び温度を同
時に求めることを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置
。 5、加熱ランプ群によって形成される加熱空間に半導体
ウェハを1枚ごとに挿入して熱処理する半導体ウェハの
熱処理装置において、放射エネルギセンサを用いたウェ
ハ温度計測系を有し、さらに前記加熱空間内において前
記半導体ウェハの面内の複数領域に対応した各位置に熱
電対を有し、前記複数の熱電対の指示値の比に応じて前
記加熱ランプ群の各ランプの発熱比率を制御し、前記放
射エネルギセンサの指示値に応じて、全加熱ランプの発
熱量を制御することを特徴とする半導体ウェハの熱処理
装置。 6、加熱ランプ群によって形成される加熱空間に半導体
ウェハを1枚ごとに挿入して熱処理する半導体ウェハの
熱処理装置において、前記加熱ランプ群が前記半導体ウ
ェハの面にそって配列された棒状ランプ群であり、かつ
該棒状ランプ群に直交するように別の棒状ランプが配列
されていることを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置
。 7、加熱空間の半導体ウェハを1枚ごと挿入して熱処理
する半導体ウェハの熱処理装置において、前記加熱空間
を熱容量が大きく時間的な温度変動が小さい発熱源と、
熱容量が小さく時間的に急速な温度変動が可能な発熱源
によって形成され、半導体ウェハを前記発熱源同時に加
熱することを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置。 8、加熱用ランプにより形成される加熱空間に半導体ウ
ェハを1枚ごと挿入して熱処理する半導体の熱処理装置
において、前記加熱用ランプがフィラメントと封止管に
より構成されるものであって、かつ該封止管が偏平な構
造に形成されるとともに、該フィラメントが前記封止管
内に平面的に配置された構造に形成され、前記偏平な封
止管および前記平面的なフィラメントの平面方向が上記
半導体ウェハの表面方向と平行となるように設けられて
いることを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置。 9、前記封止管が石英ガラスで形成され、かつ前記封止
管形状が偏平な円形、あるいは偏平な環状形、あるいは
、偏平な四角形であり、フィラメントが線材、あるいは
線材を小さなコイル状、あるいは板状であり、それが渦
巻状な平面的配置、あるいはつづら折り状な平面的配置
、あるいは多数の平行線による平面的配置とした請求項
8に記載の半導体ウェハの熱処理装置。 10、前記加熱用ランプが、1つの封止管内に封入され
た複数のフィラメントにより構成され、かつ複数の群に
分割されるものであり、フィラメント群ごとに独立に発
熱量が調整できるようになっている請求項8に記載の半
導体ウェハの熱処理装置。[Scope of Claims] 1. A semiconductor wafer heat treatment apparatus that heats semiconductor wafers by inserting and removing them one by one into a heating space, which has an insertion/extraction port below the heating space, and a resistor provided in the heating space. A heat treatment apparatus for semiconductor wafers, characterized in that the semiconductor wafers are simultaneously heated by a heat generating heater and a heating lamp. 2. The semiconductor wafer is supported in a horizontal position, and the heating space is formed in a vertical cylindrical shape. A resistance heater is installed on the side wall of the heating space, and a heating lamp is installed on the ceiling of the heating space. 2. The semiconductor wafer heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor wafer heat treatment apparatus is provided in a part of the semiconductor wafer heat treatment apparatus. 3. In a semiconductor wafer heat treatment device that heats semiconductor wafers by inserting and removing them one by one into a heating space,
A semiconductor characterized in that it has a heat source consisting of a heat lamp and a resistance heater for heating the entire surface of the semiconductor wafer, and also has a heat source that locally heats a position slightly inside from the periphery of the semiconductor wafer. Wafer heat treatment equipment. 4. In a semiconductor wafer heat treatment apparatus in which semiconductor wafers are inserted one by one into a heating space and heat-treated, the heating space is composed of a heating lamp and a resistance heater, and the heating space is composed of a light emitting lamp and a radiant energy sensor. a wafer temperature measurement system, the radiant energy sensor measures the light emitted from the light emitting lamp and is reflected by the semiconductor wafer, and the radiant energy sensor measures radiant heat from the semiconductor wafer. A heat treatment apparatus for a semiconductor wafer, characterized in that the emissivity and temperature of the semiconductor wafer are simultaneously determined by calculation using the measured values of both. 5. A semiconductor wafer heat treatment apparatus that heats semiconductor wafers by inserting them one by one into a heating space formed by a group of heating lamps, which further includes a wafer temperature measurement system using a radiant energy sensor, and further includes a wafer temperature measurement system using a radiant energy sensor. has a thermocouple at each position corresponding to a plurality of regions in the plane of the semiconductor wafer, and controls the heat generation ratio of each lamp of the heating lamp group according to a ratio of indicated values of the plurality of thermocouples, and A heat processing apparatus for semiconductor wafers, characterized in that the amount of heat generated by all heating lamps is controlled according to the indicated value of a radiant energy sensor. 6. In a semiconductor wafer heat treatment apparatus that heats semiconductor wafers by inserting them one by one into a heating space formed by a group of heating lamps, a group of rod-shaped lamps in which the group of heating lamps is arranged along the surface of the semiconductor wafer. A semiconductor wafer heat treatment apparatus characterized in that another rod-shaped lamp is arranged perpendicularly to the group of rod-shaped lamps. 7. In a semiconductor wafer heat treatment apparatus in which semiconductor wafers are inserted one by one into a heating space and heat-treated, the heating space is a heat generating source with a large heat capacity and a small temporal temperature fluctuation;
1. A heat treatment apparatus for semiconductor wafers, characterized in that the semiconductor wafer is formed by a heat source having a small heat capacity and capable of rapidly changing temperature over time, and the semiconductor wafer is heated simultaneously with the heat source. 8. A semiconductor heat treatment apparatus in which semiconductor wafers are inserted one by one into a heating space formed by a heating lamp for heat treatment, wherein the heating lamp is composed of a filament and a sealed tube, and The sealed tube is formed to have a flat structure, and the filament is arranged in a plane within the sealed tube, and the planar direction of the flat sealed tube and the planar filament is aligned with the semiconductor. A heat treatment apparatus for semiconductor wafers, characterized in that the apparatus is installed parallel to the surface direction of the wafer. 9. The sealed tube is made of quartz glass, and the shape of the sealed tube is a flat circular shape, a flat annular shape, or a flat square shape, and the filament is a wire, or the wire is shaped into a small coil, or 9. The semiconductor wafer heat treatment apparatus according to claim 8, which is plate-shaped and has a spiral planar arrangement, a meander-like planar arrangement, or a planar arrangement with a large number of parallel lines. 10. The heating lamp is composed of a plurality of filaments sealed in one sealed tube and is divided into a plurality of groups, and the amount of heat generated can be adjusted independently for each filament group. 9. The semiconductor wafer heat treatment apparatus according to claim 8.
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